基于VLisp開發車站信號計算機聯鎖輔助設計程序

鄧偉龍

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

基于VLisp開發車站信號計算機聯鎖輔助設計程序

鄧偉龍

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

針對目前完成計算機聯鎖圖紙存在的困難，基于VLisp開發計算機輔助設計軟件。分析該軟件的系統結構，分析系統需要支持多種聯鎖制式、與電碼化軟件結合等難點，提供了有效的解決方案，同時提出了系統的改進方向。CBICAD的應用，大大方便了用戶，提高了生產效率。

VLisp;計算機聯鎖;輔助設計;二次開發

1 研究背景

鐵路信號聯鎖系統是行車安全的技術保障系統，就技術方面而言，鐵路信號系統已經歷了機械電鎖器聯鎖、電氣集中聯鎖等兩個階段［1］，隨著計算機技術的迅速發展，尤其是對于可靠性技術和容錯技術的深入研究，計算機聯鎖技術已日趨成熟，信號系統已全面進入計算機聯鎖階段［2］。車站聯鎖圖紙設計，為鐵路信號設計的一項重要內容，目前聯鎖圖紙的設計還是以聯鎖廠家提供版圖，設計者手工整理、利用計算機拼圖為主。但由于各聯鎖廠家提供的版圖不一致，且與電碼化圖紙等結合困難，在AutoCAD里人工繪制不僅繁雜而且工作量巨大，設計人員勞動強度大，生產效率較低，而且錯誤率高。因此，研究一套基于計算機聯鎖的輔助設計軟件(簡稱 CBICAD)是非常必要的［3－4］。

2 Visual LISP語言

AutoLISP是為二次開發AutoCAD而專門設計的編程語言，它起源于LISP語言，嵌入在AutoCAD的內部，是LISP語言和AutoCAD的有機結合產物。它既有LISP語言人工智能的特性，又具有AutoCAD強大的圖形編輯功能，可實現對AutoCAD圖形數據庫的直接訪問和修改。

Visual LISP簡稱VLisp，是為了加速AutoLISP程序開發而設計的軟件工具，它完全兼容AutoLISP并提供了一個完整的集成開發環境(IDE)，包括編譯器、調試器等工具，使編寫、修改和調試程序更加容易［5］。

3 CBICAD系統架構及子系統劃分

計算機聯鎖采用計算機軟件來實現聯鎖關系，大大減少了6502電氣集中聯鎖中網絡圖的設計圖紙，工程設計中計算機聯鎖車站主要包含電路結線圖和配線圖兩大部分。其中結線圖包括原有的繼電電路(如點燈電路、道岔控制電路、軌道電路、自動閉塞方向電路等)和計算機聯鎖的輸入、輸出接口電路(驅采電路)［6－7］;配線圖包括各電路的組合內部配線圖、室外分線盤配線圖、接口架(驅采匣)配線圖、組合側面配線圖等［8］。

根據計算機聯鎖圖紙不同的類型，CBICAD系統分為軌道程序、點燈程序、道岔程序、自閉程序和側面程序5個子系統，如圖1所示。考慮到組合內部配線圖與電路圖的結合十分緊密，前4個子系統分別處理相應類型的繼電電路圖、驅采電路圖和組合內部配線圖，側面程序處理分線盤配線圖、接口架(驅采匣)配線圖和組合側面配線圖。

圖1 CBICAD系統架構

4 CBICAD主要難點及技術創新點

4.1 多聯鎖制式支持

若針對不同的聯鎖制式編制不同的軟件、設定不同的圖塊和內部配線，對整個系統來說工作量將是巨大的，而且讓使用者來掌握這一龐大的軟件系統也相當不易。在實際應用中發現，各聯鎖廠家僅僅是在驅采電路上存在不同，其余繼電電路是一致的，于是繼電電路這部分的內部配線及電路圖可以采用同樣的配線及程序代碼。

CBICAD系統創新地采用AutoCAD內部的圖層控制來巧妙地解決不同聯鎖制式的問題。即針對與驅采電路的相關內部配線，不同聯鎖制式使用不同圖層，根據用戶選擇的聯鎖制式開、關相應圖層(同時設置關閉的圖層為不打印)，從而達到各聯鎖廠家共用統一的內部配線，生成不同的驅采電路的目的。采用上述方法，可將各種聯鎖制式整合統一，整個系統僅需增加一個聯鎖制式判斷的子程序，聯鎖制式選擇界面如圖2所示。

圖2 聯鎖制式選擇界面

4.2 信息表獲取后再生成

計算機聯鎖的驅采信息表由聯鎖廠家提供，如何獲取廠家提供的信息表并與驅采電路結合，同時又能將驅采電路中的端子反填回信息表中，這成為本系統要解決的首要問題。CBICAD系統采用讀取信息表→轉換為程序使用數據→生成驅采電路→整合驅采數據→生成接口架(驅采匣)配線圖的方式，所有數據均經過程序流程化的處理，同時也避開了反填信息表這一難題。

4.3 軌道電路與電碼化程序完美結合

25Hz軌道電路圖中，若車站電碼化為兩線制，則電碼化區段(含陪綁區段)的接收器與室外分線盤間的配線間斷開，中間接入電碼化隔離盒;若車站電碼化為四線制，則電碼化電路圖中需要示意軌道電路接收器的相關端子及配線［9－10］。這些配線若完全由人工來完成，不僅工作量大，而且容易出錯。CBICAD系統在與電碼化程序結合的過程中，采用如下的接口方式:

兩線制電碼化，由電碼化程序分配電碼化區段的室外分線盤端子，輸出電碼化數據文件;軌道程序讀取該數據文件，電碼化區段不再分配室外分線盤端子，填寫相應的隔離盒端子，如圖3所示。

圖3 軌道程序與電碼化程序結合流程

四線制電碼化，由軌道程序分配軌道電路的室外分線盤端子，輸出軌道數據文件;電碼化程序分配電碼化電路的室外分線盤端子，讀取軌道程序輸出的數據文件，填寫相應的軌道接收器端子及配線。

4.4 組合內部配線端子轉為點對表

針對不同信號機、道岔、軌道組合有不同的組合內部配線，其側面配線端子均不一致，而整個CBICAD系統需要將這些信息統一分析，以完成電路圖中表格端子的填寫和室外分線盤、接口架、側面配線的處理。CBICAD系統充分利用了VLISP是表處理語言的特性［11］，將所有與側面相關的組合內部配線數字化，建立起以點對為元素的表，并形成對應的數據庫，然后使用“(defun get(a b/)(cdr(assoc a b)))”子函數來處理表中的點對，獲取具體的端子信息。點對表的應用大幅提高了系統運行速度，也便于內部配線有變化時進行修改。圖4為某組合第1位繼電器的點對表。

圖4 點對表示例

4.5 側面配線統籌整合

室外分線盤配線、接口柜(驅采匣)配線、組合側面配線，這些配線圖和各個電路圖均有接口，需要對各電路子程序統籌考慮。側面配線子系統將各電路子系統生成的數據統一整合，篩選去掉格式錯誤和重復的配線后輸出對應分線盤、驅采匣和側面配線的數據，既提高了設計效率，又可兼容其他軟件(如電碼化軟件等)生成的或手工編制的數據。該子系統中還開發了側面配線同一端子配線三次及以上紫色提示并輸出提示文件、側面配線電源環線、對09端子和12端子側面配線處理等實用程序。相對于6502CAD系統中的側面配線程序［12］，側面配線子系統在效率和準確性方面都有極大的提升。

4.6 讀取外部數據，便于類型擴展

以信號機點燈電路為例，由于信號機種類繁多，而且需要支持不同聯鎖制式的驅采電路，一次性將所有類型的信號機及其對應的聯鎖制式無一遺漏的列舉出來是不現實的，只能先列舉出最常用的信號機，然后在使用過程中不斷地添加。然而，若每添加一個類型的信號機就修改一次程序，這將會導致程序混亂無序，版本無法管理等問題。因此，本系統中采用了讀取外部數據的方式來解決這一難題，成功地將問題放到了程序以外，同時便于信號機類型的擴展。程序僅需讀取外部的數據文件，了解該信號機的點燈電路圖、室外分線盤端子、驅采電路圖及驅采端子等信息，然后按程序流程(圖5)生成該信號機的點燈電路圖、驅采電路圖及相關配線數據。這樣，在添加一個新的信號機類型時，只需要按照定義的規則添加相關的電路圖和外部數據即可實現，不再需要對程序進行修改。

圖5 點燈電路流程

4.7 采用VLisp編制，兼容AutoCAD各個版本

本系統完全采用 VLISP語言編制，如前所述，VLISP可直接操作AutoCAD底層命令，兼容AutoCAD的各個版本。

5 系統改進方向

5.1 增加菜單

目前，CBICAD系統雖然提供運行時的對話框，但沒有提供菜單操作方式，整個系統20余個命令均需用戶記憶或對照系統說明書來進行操作。若能為該系統建立AutoCAD標準的下拉菜單，將更便于用戶的使用。

5.2 增加組合排列功能

采用CBICAD系統來完成計算機聯鎖圖紙的設計，需要用戶提前做好組合排列表并轉換為程序能夠識別的數據，而CBICAD系統在運行的過程中已經處理了包括整個車站的信號機、軌道電路、道岔型號、自閉(半自動)類型等所有信息，若能將這些信息整合，自動完成組合排列表，將大幅減少系統的數據輸入。

6 結語

隨著該系統的研究和應用，使計算機聯鎖的輔助設計上了一個新的臺階。由于系統采用了各子系統模塊化的設計，系統易于擴展，便于其他類型信號機、道岔類型等的添加，甚至對于其他的計算機聯鎖制式也可以添加。該系統已初步在哈大客運專線、邯長、邯濟等工程項目投入試用，極大地提高了生產效率和準確率，達到了預期的成效。

［1］王秉文．6502電氣集中工程設計［M］．北京:中國鐵道出版社，2005．

［2］鐵道部．鐵運函［2007］1124號 關于計算機聯鎖設備技術裝備有關問題的通知［S］．北京:2007．

［3］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．車站信號冗余型計算機聯鎖輔助設計軟件研制報告［R］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2013．

［4］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．計算機聯鎖計算機輔助設計程序使用手冊V1.208［Z］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2013．

［5］李學志．Visual Lisp程序設計［M］．清華大學出版社，2006．

［6］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．信號機點燈電路圖冊［Z］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2000．

［7］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．道岔控制電路圖冊［Z］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2009．

［8］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．信號室外設備配線圖冊［Z］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2006．

［9］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．ZPW-2000A電碼化計算機輔助設計軟件研制報告［R］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2010．

［10］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．ZPW-2000A型站內電碼化圖冊［Z］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2005．

［11］ Autodesk，Inc．．AutoCAD2000 VISUAL LISP 開發人員手冊［Z］．Autodesk，Inc．1999．

［12］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．6502CAD系統用戶手冊R3.8［Z］．天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2012．

Secondary Development of Com puter-aided Design Program Base on VLisp for Railway Station Signal Com puter-based Interlocking

DENGWei-long

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300251，China)

In view of the difficulty in preparing the drawings of railway station signal computer-based interlocking at present，a computer-aided design program base on VLisp was developed in this paper．This paper analyzed the system architecture of this program，and also analyzed the keystones of this program，such as how to satisfy the need of supporting a variety of interlocking systems，and how to combine with the coding softwares．Finally，this paper put forward an effective solution，and suggested the improvement direction of this program．It can be seen that the application of this program has greatly facilitated the users and improved the production efficiency．

Visual Lisp;computer-based interlocking;computer-aided design;secondary development

U284.3

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．030

1004－2954(2014)03－0127－03

2013－11－28

鐵三院科研項目“車站信號冗余型計算機聯鎖輔助設計軟件”(921119)

鄧偉龍(1983—)，男，工程師，2006年畢業于北京交通大學自動化專業，工學學士，E-mail:13602015156@126．com。